ساختار کریستال کشف شده در حدود 200 سال پیش می تواند نگه دارید و کلید برای سلول های خورشیدی انقلاب

CORVALLIS, سنگ. - انرژی خورشیدی محققان در دانشگاه ایالتی اورگان در حال درخشان علمی خود نور افکن روی مواد را با یک ساختار بلوری کشف نزدیک به دو قرن پیش است.

همه مواد با ساختار شناخته شده به عنوان perovskites هستند نیمه هادی ها. اما perovskites بر اساس یک فلز و یک هالوژن هستند و آنها را نگه پتانسیل فوق العاده ای به عنوان سلول های فتوولتائیک که می تواند بسیار گران قیمت کمتر را نسبت به سیلیکون مبتنی بر سلول های که متعلق به بازار از زمان آغاز آن در 1950s.

به اندازه کافی پتانسیل محققان می گویند شاید روزی حک به طور قابل توجهی به سوخت های فسیلی سهم بخش انرژی است.

جان Labram از OSU دانشکده مهندسی مربوطه نویسنده در دو اخیر مقالات در پروسکایت ثبات در ارتباطات فیزیک و مجله Physical Chemistry Letters, و نیز کمک به یک مقاله منتشر شده امروز در علم.

مطالعه در علومled توسط محققان در دانشگاه آکسفورد نشان داد که یک مولکولی افزودنی - نمک بر اساس ترکیب آلی piperidine - تا حد زیادی بهبود می بخشد و طول عمر از پروسکایت سلول های خورشیدی.

یافته های مشخص شده در هر سه مقاله تعمیق درک درستی از امیدوار کننده نیمه هادی است که ناشی از یک پیش کشف توسط یک معدن شناس روسی. در کوه های اورال در سال 1839, گوستاو رز بر آمد یک اکسید کلسیم و تیتانیوم با جذاب ساختار بلوری و نام آن را به افتخار روسی نجیب زاده لو Perovski.

پروسکایت در حال حاضر اشاره به طیف وسیعی از مواد است که به اشتراک گذاری شبکه کریستالی اصلی است. علاقه آنها شروع به سرعت بخشیدن در سال 2009 پس از یک دانشمند Tsutomu Miyasaka کشف شده که برخی از perovskites موثر در جذب نور است.

"از آنجا که از هزینه پایین پروسکایت سلول های خورشیدی نگه پتانسیل برای فروختن سوخت های فسیلی و انقلابی در بازار انرژی" Labram گفت. "یک درک ضعیف از جنبه های این کلاس جدید از مواد این است که ثبات خود را زیر ثابت نور یک موضوع است که نشان دهنده یک مانع تجاری."

بیش از دو سال گذشته Labram این گروه تحقیقاتی در دانشکده مهندسی برق و علوم کامپیوتر ساخته شده است منحصر به فرد دستگاه آزمايش به منظور مطالعه تغییرات در رسانش خورشیدی مواد در طول زمان است.

"Teaming تا با دانشگاه آکسفورد ما نشان داد که نور ناشی از بی ثباتی رخ می دهد بیش از چند ساعت حتی در صورت عدم وجود برق, تماس با ما," او گفت:. "این یافته ها کمک به روشن شدن نتایج مشابه مشاهده شده در سلول های خورشیدی و نگه کلید به بهبود پایداری و زنده ماندن تجاری از پروسکایت سلول های خورشیدی."

سلول های خورشیدی بهره وری تعریف شده است, درصد از قدرت از برخورد نور خورشید به یک سلول که تبدیل به قابل استفاده در برق قدرت.

هفت دهه پیش Bell Labs توسعه عملی برای اولین بار سلول های خورشیدی. آن را به حال متواضع با استانداردهای امروز وری از 6 درصد و هزینه را, اما آن را در بر داشت یک تو رفتگی در دیوار در تأمین انرژی این ماهواره راه اندازی شد در طول نوپای روز از مسابقه فضایی.

در طول زمان هزینه های تولید کاهش یافته و بازده صعود اگرچه اکثر سلول ها تغییر نکرده بسیار - آنها هنوز هم تشکیل شده از دو لایه تقریبا خالص سیلیکون دوپ شده با یک افزودنی. جذب نور آنها با استفاده از انرژی از آن برای ایجاد جریان الکتریکی در سراسر اتصال بین آنها را.

در سال 2012 یکی از Labram همکاران هنری Snaith از آکسفورد ساخته شده کشف دستیابی به موفقیت است که perovskites می تواند مورد استفاده قرار گیرد به عنوان جزء اصلی در سلول های خورشیدی و نه فقط به عنوان یک sensitizer. این منجر به یک طوفان از فعالیت تحقیقاتی و هزاران نفر از مقالات علمی منتشر شده در هر سال در مورد این موضوع. هشت سال تحقیق بعد پروسکایت سلول می تواند در حال حاضر در 25% بهره وری - ساخت و آنها را حداقل در آزمایشگاه در تاریخ همتراز با تجاری سلول های سیلیکونی.

پروسکایت سلول می تواند ارزان از تولید معمولا در دسترس صنعتی مواد شیمیایی و فلزات و می توان چاپ بر روی انعطاف پذیر فیلم های پلاستیک و تولید انبوه. سلول های سیلیکونی برعکس سفت و سخت و ساخته شده از ویفر نازک تقریبا خالص سیلیکون در گران قیمت و درجه حرارت بالا روند.

یک مسئله با perovskites است که تمایل خود را به تا حدودی ناپایدار هنگامی که درجه حرارت افزایش می یابد و یکی دیگر این است که یک آسیب پذیری در برابر رطوبت - ترکیبی است که می تواند سلول های تجزیه. که یک مشکل برای یک محصول است که نیاز به دو یا سه دهه در هوا باز است.

"به طور کلی قادر به فروش پانل های خورشیدی در آمریکا و اروپا نیاز به 25 سال گارانتی" Labram گفت. "آنچه که در واقعیت است که سلول های خورشیدی نشان می دهد باید کمتر از 80 درصد از عملکرد اصلی خود پس از 25 سال است. تکنولوژی فعلی سیلیکون بسیار خوبی برای آن است. اما سیلیکون به expensively تولید شده در درجه حرارت بيش از 2000 درجه سانتیگراد تحت شرایط کنترل شده به شکل کامل نقص-رایگان کریستال, به طوری که آنها به درستی عمل کنند."

Perovskites از سوی دیگر به شدت نقص تحمل Labram گفت.

"آنها می توان محلول در یک حلال و سپس چاپ شده در نزدیک به دمای اتاق" او گفت:. "این بدان معنی است که آنها در نهایت می تواند تولید شود در کسری از هزینه از سیلیکون و از این رو فروختن سوخت های فسیلی است. اما برای این اتفاق می افتد, آنها نیاز به certifiable با 25 سال گارانتی. این نیاز ما را به درک و بهبود پایداری این مواد است."

یک مسیر به بازار است که پشت سر هم همراه ساخته شده از هر دو سیلیکون و perovskites که به نوبه خود می تواند بیشتر از طیف نور خورشید را به انرژی. تست های آزمایشگاهی در پشت سر هم سلول های تولید بازده 28 درصد و بازده در اواسط 30s به نظر می رسد واقع بینانه Labram گفت.

"پشت سر هم سلول ممکن است اجازه می دهد پانل های خورشیدی تولید کنندگان برای ارائه یک عملکرد فراتر از هر چیزی سیلیکون به تنهایی ممکن است رسیدن به," او گفت:. "دو رویکرد می تواند کمک به حذف موانع به perovskites ورود به بازار در راه به perovskites در نهایت اقدام به عنوان stand-alone سلول."

نیمه شفاف پروسکایت فیلم نیز ممکن است یک روز بود استفاده بر روی ویندوز و یا در گلخانه ها تبدیل بخشی از نور خورشید ورودی به برق در حالی که اجازه دادن به بقیه از طریق تصویب.

"وقتی که می آید به تولید انرژی هزینه مهم ترین عامل" Labram گفت. "سیلیکون و perovskites در حال حاضر نشان می دهد تقریبا همان کارایی. در دراز مدت اما پروسکایت سلول های خورشیدی باید این پتانسیل را دارد ساخته شده است در کسری از هزینه از سلول های خورشیدی سیلیکونی. و در حالی که تاریخ به ما نشان داده است که عمل سیاسی در تغییر آب و هوا تا حد زیادی بی اثر, اگر شما می توانید تولید برق از منابع تجدید پذیر با هزینه پایین تر از سوخت های فسیلی, همه شما باید انجام دهید این است که به محصول و سپس بازار خواهد شد مراقبت از بقیه."

###